《淺析PCB行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、問題及發(fā)展趨勢》5800字（論文）

淺析PCB行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、問題及發(fā)展趨勢目錄TOC\o"1-3"\h\u1前言 12PCB的生產(chǎn)制程 13PCB技術的發(fā)展現(xiàn)狀 33.1PCB制造工藝 33.1.1減成法的優(yōu)勢與缺點 33.1.2全加成法的優(yōu)勢與缺點 43.1.3半加成法的興起適應時代需求 43.2特種PCB技術 53.2.1金屬芯板技術 53.2.2多重布線技術 54．PCB行業(yè)存在的問題 64.1研發(fā)及生產(chǎn)技術相對落后 64.1.1蝕刻線寬不夠精細 64.1.2孔金屬化工藝繁瑣 64.2污染嚴重 64.2.1水污染 64.2.2大氣污染 74.2.3固體廢物污染 75PCB技術的發(fā)展趨勢 75.1沿著高密度布線技術（HDI）道路發(fā)展下去 75.2組件埋嵌技術具有強大的生命力 85.3PCB中材料開發(fā)要與時俱進 95.4光電PCB前景廣闊 9結論 9參考文獻 121前言奧地利人保羅愛斯勒(pauleisler)特就是一位最早研究和發(fā)明這種未經(jīng)印制耳機控制電路板的著名發(fā)明家,1936年他開始在一個小型的收音機控制設備內部使用這種沒有印制過的控制電路板。美國在1943年把這項先進技術的絕大部分成功運用安裝到了一些軍事用的收音機里。1948年,這項創(chuàng)新發(fā)明已經(jīng)得到多個美國聯(lián)邦官方政府認可,并被美國政府承諾可以用于電子商務用途。自1950年以來,印刷電路技術才逐漸逐步開始在各國得到廣泛應用。在印制電路板沒有出現(xiàn)之前,電子和各種光學元器件之間的互聯(lián)都主要是通過一種依靠電線的直接連接方式來進行實現(xiàn)的。而現(xiàn)在,電路面板僅僅只是為了作為有效的物理實驗和科學檢測工具而普遍存在;印刷電路板已經(jīng)在電子制造行業(yè)中占有著絕對技術主導的市場地位。2PCB的生產(chǎn)制程PCB的加工生產(chǎn)和其它制造工序主要包括有外層PCB的加工布局,芯板加工生產(chǎn),內層芯板PCB的布局轉印,芯板的內層打孔材料加工,檢驗,層壓材料加工,鉆孔,銅化學材料沉淀,外層PCB的加工布局轉印,包含外層PCB的蝕刻及其它加工驟PCB的布局:PCB生產(chǎn)的第一步就是對PCB的布局進行梳理和檢查。PCB制造企業(yè)從PCB設計公司接受CAD文件。由于每個CAD軟件都具備它自己獨特的文檔格式,PCB制造企業(yè)工廠會將這些文檔轉換成統(tǒng)一的形式,工廠專門的技術人員將會對PCB的布局進行檢查,以確保其符合生產(chǎn)和制造的全過程,以及有哪些缺陷。芯板的制作:清洗覆銅板，覆銅板的清潔必須無塵。如果有灰塵，電路可能短路或損壞。內層PCB的布局和轉移:先制作最中間芯板（Core）的兩層線路,清洗后的覆銅板表面上會蓋上一層感光膜，將兩層PCB布局膠片和雙層覆銅板插入上層的PCB布局膠片，感光機用UV燈對銅箔上的感光膜進行照射，透光的膠片下，感光膜被固化。用強堿清潔去除沒有固化的感光膜,再用強堿例如NaOH蝕刻掉不需要的銅箔,最后把固化的感光膜全部撕開后漏出PCB布局的線路上的銅箔。4、芯板的打孔與檢測:芯板的制作成功,在芯板上打對位孔。芯板一旦和其他層的PCB直接壓制到一起,就沒有什么辦法直接進行修改,因此檢查十分重要。機器將會自動與PCB的布局設計圖紙文件進行類比對照,查看我們是否有錯誤。5、層壓:半固化片主要用途是芯板與芯板（PCB層數(shù)>4）和芯板與外層銅箔之間的一種粘合劑，起到了絕緣的重要作用。依次將兩層半固化片、一層銅箔和一層可以承壓的鋁板覆蓋在芯板上，然后運送到可以進行層壓的真空的熱壓機里進行層壓。層壓完成后，卸掉上層鐵板，將承壓得鋁板拿走，這時拿出來的PCB兩面會被一層光滑的銅箔所覆蓋。6、鉆孔:將PCB里4層毫不接觸的銅箔連接在一起，為了提高效率，根據(jù)PCB的層數(shù)會將1~3個相同的PCB板疊在一起進行穿孔。最后在最上面的PCB上蓋上一層鋁板，上下兩層的鋁板是為了當鉆頭鉆進和鉆出的時候，不會撕裂PCB上的銅箔。需要切除融化的環(huán)氧樹脂，靠模銑床根據(jù)PCB正確的XY坐標對其外圍進行切割。7、孔壁的銅化學沉淀:因為幾乎每一個PCB設計都已經(jīng)采用穿孔連接技術來進行連接不同層的線路，為了更好地更準確實現(xiàn)這一點，在孔壁上需要一層25微米的銅膜。第一階段主要目的是在整個孔壁上堆積形成更多的導電物質，通過化學沉積的處理方法在整個PCB表面，也包括在孔壁上形成1微米的銅膜，整個過程比如化學處理和清洗等都是由機器控制的。8、外層PCB布局轉移:將外層的PCB布局轉移到銅箔上，采用的是正片做板。PCB上被固化的感光膜覆蓋的為非線路區(qū)，在清洗完未固化的感光薄膜后再進行電鍍,沒有薄膜的地方,先鍍上銅后再鍍錫。退膜后再次進行堿性蝕刻,最后在退錫,線路圖因為受到了錫的保護留在板上。將銅電鍍至PCB上,為了能夠確保其孔位上具有良好的導電特性,孔壁上的銅模時必須至少需要有25微米的厚度。整個系統(tǒng)由計算機自動準確地控制它們的精確度外層PCB蝕刻:通過一條完全的采用自動化流水線來完成蝕刻所有的工序。首先把PCB板上被固化的所有感光膜清洗干凈，然后用強堿清洗掉被其覆蓋的不需要的銅箔，再用退錫液將PCB布局銅箔上的錫鍍層退除，清洗干凈后4層PCB布局就完成了。3PCB技術的發(fā)展現(xiàn)狀3.1PCB制造工藝3.1.1減成法的優(yōu)勢與缺點減成法是最早出現(xiàn)得也是應用較為成熟的PCB制造工藝，其最大優(yōu)點是工藝成熟、穩(wěn)定和可靠。但是，化學藥水刻蝕環(huán)節(jié)中，刻蝕過程并不是由表面垂直向下進行，而是同時會向通道兩側進行刻蝕，即存在側蝕的現(xiàn)象，造成刻蝕通道的底部寬度大于頂部。由于側蝕的存在，減成法在精細線路制作中的應用受到很大限制，當線寬/線距要求小于2mil時，減成法就會由于良率過低而無法適用。3.1.2全加成法的優(yōu)勢與缺點全加成方法的工藝比較適宜于制作一條精細的線路,可以廣泛應用于WB或FC覆晶負載板上,其制程最低可達10μm以下。但是由于它們對基材、化學沉銅均存在著特殊的要求,對鍍鋅和鋁基體之間的結合能力要求也非常嚴格,因此與我國傳統(tǒng)PCB制造工藝的流程差異較大,成本相對較高且生產(chǎn)工藝不成熟,目前產(chǎn)量較低。3.1.3半加成法的興起，適應時代需求半加成方法的優(yōu)勢之一就是線路形成時主要依靠電鍍及閃蝕。閃蝕法即把位于非圖形區(qū)域的一些殘留銅快速地被蝕刻掉,同時又可以保證它們不會蝕刻太多的位于圖形區(qū)域的銅(主要指一個圖形區(qū)的側壁)。判斷蝕刻能力的一個重要關鍵測量指標就是確定蝕刻因子,減成法制作出來的線，蝕刻因子值為E≥3。對于半加成法蝕刻工藝,因為只需要蝕刻化學沉銅層和基銅,因此在蝕刻線路上的輪廓通常可以保持很好,不會出現(xiàn)過多的側蝕,而且這些蝕刻因子通常都是可以直接達到E=10的水平。側向侵蝕量是另外一種用于考察其線形結構特征的重要指標,它廣泛應用于半加成方法的制造工藝中。藥水在蝕刻銅層的過程中會向各個角度進行作用,因此在當銅層被藥水去除干凈時,也會對其造成側向侵蝕。過大的側向侵蝕很快就有可能直接導致供電線路和連接基材之間產(chǎn)生剝離,形成不良的線路缺陷。而且影響側向侵蝕量的主要因素包括閃蝕量與侵蝕藥水作用特性。閃蝕太高必然也會導致其產(chǎn)生過多側向侵蝕。當然合適的線路閃蝕藥水對于有效控制或者減少線路側向侵蝕非常重要,國外一些閃蝕藥水不但可以大幅度地增加縱向蝕刻量,同時也可以大幅降低橫向蝕刻量,很好地保持線路整體輪廓。在這種閃蝕過程中,由于其化學刻蝕的銅層很薄所以閃蝕的持續(xù)時間也很短,對線路側向蝕刻比較小。與目前傳統(tǒng)的減成法相比,這種精密線路寬度也不會受到電鍍銅層厚度的變化影響,比較簡單容易被控制,具有更好的解析度,制作精細精密電路的工作線寬及其線距幾乎可以保持一致,可以大幅度地增強精密精細電路的工作性能。3.2特種PCB技術3.2.1金屬芯板技術通過選擇使用鋁片來直接代替鋼片的這種做法,就可以將組合形成兩層隔離層,這么做很好且有必要的。用金屬鋁片材料來直接取代金屬鋼片材料可能會直接使其失去了生產(chǎn)成本的優(yōu)勢,不過它們可以較好地適應熱導電性和熱穩(wěn)定性,也就是說現(xiàn)在采用這種金屬鋁片芯板的整個PCB上供電線路的輸出電負載大約能夠達到采用FR-4PCB板的3~5倍。而這種小批量的金屬基PCB通常被廣泛應用于個人電腦主機和電源供應器等設備上。最近幾年逐漸發(fā)展成熟起來,厚銅質的PCB同樣已經(jīng)可以廣泛應用在個人電腦主機和電源供應器等設備上,并且也已經(jīng)具有了相當?shù)偷某杀尽?.2.2多重布線技術多重布線技術的基本理念是將通過電鍍蝕刻形成的銅線路和元器件之間進行互連，采用多重布線技術就能夠迅速地完成一些少量測試PCB板的生產(chǎn),在我們進行一些大批量生產(chǎn)時則會變得緩慢。而且,在高頻時,由于各個線路的圖形都是完全不團的,因此多層板的電特性也就無法轉變成一個標準或HDI的多層板。因此,從整體總體上來說,在用多重布線技術大量生產(chǎn)時,并未能夠節(jié)約時間,其只是特別適合小批量生產(chǎn)。實際上,雖然多重布線技術已經(jīng)有多次新的突破,但其在世界范圍內并沒有發(fā)揮至關重要的作用。4．PCB行業(yè)存在的問題4.1研發(fā)及生產(chǎn)技術相對落后隨著近年我國推進現(xiàn)代工業(yè)信息化及電子技術的不斷快速發(fā)展和國際貿易市場對"短、小、輕、薄"類型的無線電子產(chǎn)品應用需求的規(guī)模持續(xù)不斷擴大,要求基于PCB的電子主流產(chǎn)品應用技術必須迅猛地不斷提升,高密度多層、細線細孔、快速化傳輸PCB的產(chǎn)品需求持續(xù)地不斷增加。這對每一個生產(chǎn)廠商來說,意味著企業(yè)必須具備較大的自主經(jīng)營權和資金投入,要大幅度地提升相關專業(yè)技術創(chuàng)新人才的水平和增強企業(yè)自身總體的自主技術創(chuàng)新力量,才能夠盡快得適應市場。4.1.1蝕刻線寬不夠精細側蝕產(chǎn)生突沿。一般來說,印刷板在刻蝕液中運轉時間越長,側蝕越嚴重。印刷導線的精密性主要受側蝕嚴重與否的因素影響,在側蝕嚴重的情況下不可能直接形成精巧的導線，印刷導線發(fā)生側蝕和突沿部分下降而導致刻蝕的系數(shù)隨之升高，蝕刻系數(shù)大小確定著維持導線精密性大小的能力，使蝕刻的導線更加接近原始印刷導線大小,電鍍蝕刻劑不管是錫-鉛合金、錫、錫-鎳合金還是鎳,只要印刷導線的突沿部分太多,就可能會出現(xiàn)短路。4.1.2孔金屬化工藝繁瑣隨著印刷電路板技術的進步和發(fā)展,印刷電路板行業(yè)將具備巨大的市場潛力。PCB生產(chǎn)和制造過程中孔金屬化是最為關鍵的環(huán)節(jié)。目前,國內先進的PCB孔金屬化生產(chǎn)工藝技術日趨成熟,制造過程中的質量也相對穩(wěn)定,但仍然存在著制造工藝和流程復雜,環(huán)境污染嚴重等諸多問題,因此研究改進PCB孔金屬化生產(chǎn)工藝方法具有重要的前瞻性和現(xiàn)實意義企業(yè)應加大技術、研發(fā)的投入，掌握PCB生產(chǎn)的核心技術，改變簡單的盈利模式。4.2污染嚴重 PCB行業(yè)的一個重要環(huán)境特點也就是工業(yè)環(huán)境污染嚴重，其中主要包括了污水物質環(huán)境污染、大氣顆粒環(huán)境污染、固體廢棄物環(huán)境污染。4.2.1水污染按照主要污染物來源,PCB廢水主要分為由化學鍍銅污染物廢水、酸性污染物廢水、顯影剝膜污染物廢水、膨松劑污染物廢水、電鍍污染物廢水、普通清潔用水。這些廢水主要分為無機污染物廢水、有機污染物廢水和重金屬廢水三大類,，其中重金屬廢水可分為非絡合廢水、絡合廢水，有機廢水有高低濃度之分，無機廢水包括含NH3-N、CN－、F－、P、酸、堿廢水。4.2.2大氣污染電鍍過程產(chǎn)生的大氣污染物包括粉塵和各種無機污染物。粉塵中的主要污染物是顆粒狀物質，無機污染廢棄物氣體包括酸性廢氣、堿性廢氣等。酸性廢氣來源于工序產(chǎn)生的二氧化碳、硫化氫、研磨、磷酸和酸霧;堿性廢氣通過化學、電化學除油等堿性工序中產(chǎn)生的氫、氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉等堿性物質產(chǎn)生。4.2.3固體廢物污染電鍍工藝產(chǎn)生的固體廢物主要為電鍍廢水化學處理過程中產(chǎn)生的污泥，以及化學除油工序產(chǎn)生的少量油泥。污泥當中可能包括了其他的一些重金屬例如氫氧化物,硫化物和其他污染物。這些污染危害大，大多污染物都難以進行無害化處理。5PCB技術的發(fā)展趨勢每年年末，世界半導體相關技術人員都會發(fā)布未來展望研究的發(fā)展藍圖。2008年發(fā)表的版本，展望到2022年至2023年，設定門（Gate）的半節(jié)距（Halfpitch）的尺寸，并提出了芯片、封裝基板和絕緣材料等的希望值。5.1沿著高密度布線技術（HDI）道路發(fā)展下去由于HDI集中地連接體現(xiàn)了當代采用PCB最先進的導線技術,它給PCB帶來了精細的導線化、微小的孔徑化。HDI電子多層板廣泛的應用在移動終端以及各種電子產(chǎn)品中-特別是移動電話(包括智能手機)應用是推動HDI電子領域前沿技術研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術應用模式。在目前智能手機領域中的PCB的用于導電板微細化的導線(50μm~75μm/50μm~75μm,導線的厚度/導電板的間距)己經(jīng)逐步發(fā)展成為市場的主流,此外其它還有用于導電層、板厚薄型化;用于導電圖形的微細化,帶來了應用電子和元器件的導線高密度化、高性能化,如圖1。圖1HDI多層板5.2組件埋嵌技術具有強大的生命力在埋嵌PCB的內部結構層中所發(fā)展形成的各種半導體有源元器件(以下簡稱為導體有源電子組件)、電子無源組件(以下簡稱無源電子組件)或其他無源電子組件的主要功能"組件埋嵌PCB"已經(jīng)逐漸成型開始逐步進行技術量產(chǎn)化,組件中的埋地裝嵌設計技術雖然可說是完成PCB的主要功能化和集成電路的一次重大技術變革,但是技術想要快速獲得發(fā)展必須不斷改進傳統(tǒng)模擬和組件設計的技術方法,生產(chǎn)工藝的新技術以及對其進行檢查的技術品質、可靠性的有效保障自然乃是當務之急。我們還是需要在整個過程包括產(chǎn)品設計、裝置、檢驗、模擬等各個環(huán)節(jié)過程中都是需要嚴格進行的并加大人力資源和技術人員的大量投入,這樣才真正能夠有效維護強大的企業(yè)生命力,如圖2。圖2PCB功能集成電路5.3PCB中材料開發(fā)與時俱進無論我們是直接采用特殊剛性材料PCB或者是還是直接采用特殊撓性材料PCB的新型材料,隨著目前世界上大范圍內的通用電子設備制造工業(yè)產(chǎn)品的大量無鉛化,要求我們必須能夠同時使這些新型材料的介質耐熱性性能提升得更高,因此這些新型材料需要具有高強度TG、熱管的膨脹阻力系數(shù)小、介質常數(shù)小,介質損耗角正切優(yōu)良的應用材料不斷創(chuàng)新出現(xiàn)。如圖3。圖3撓性PCB材料5.4光電PCB前景廣闊